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微流控分析芯片的研究发展现状综述

时间:2017-05-02 11:09来源:毕业论文
传统的光刻技术是微流控分析芯片加工工艺中最基础和最常用的。随着研究的不断发展,出现了激光直写、压印、软刻蚀等新兴的加工方法,但是,以玻璃、石英为基材,以普通实验室

传统的光刻技术是微流控分析芯片加工工艺中最基础和最常用的。随着研究的不断发展,出现了激光直写、压印、软刻蚀等新兴的加工方法,但是,以玻璃、石英为基材,以普通实验室为研究环境,光刻、湿法刻蚀以其操作较为方便、成本较为低廉的优势,在短时间之内,还将长期使用。国内外对该方面的研究都有相关报导。7959
Stjernstroem M等人[7],用HF和HCl的混合液腐蚀玻璃,获得了较好的表面平滑度。林雁飞等人[8]讨论了玻璃湿法腐蚀的工艺方法,通过清洗、涂胶、光刻、腐蚀等工艺的反复实验,制作出1.8μm的凹槽。同年,他们[9]通过对反应条件的进一步优化,制作出2μm的凹槽,确定了多次曝光、多次腐蚀的可用性。黄腾超等人[10]介绍了以K9玻璃为基体材料MOEMS器件的湿法刻蚀工艺,使用NH4F作为刻蚀添加剂,提高了刻蚀速率,改善了通道的表面质量。周健等人[11]采用了几种不同的材料(光刻胶、Cr/ Au、TiW/ Au) 作为刻蚀玻璃的掩膜,通过实验发现TiW/ Au 掩膜相对目前比较常用的Cr/ Au 掩膜有很多优点,还研究了腐蚀液成分配比对刻蚀结果的影响,对微流体器件的制作具有一定的参考作用。
以代替高温、阳极键合为目的,低温、室温键合技术也取得了一定的进展。Chiem[12]等人按照一套严格的清洗程序对玻璃基片和盖片进行清洗,然后在室温下将基片和盖片对齐施加较低的压力实现了键合。Sayah等人[13]将清洗后的基片和盖片合在一起,在整个表面施加外压,并持续一段时间,基片和盖片在特定的温度下得以键合。Jia Z J等[14]报道了一种简单的室温键合制作玻璃微流控芯片的方法。
1.2.2 微流体流控特性研究现状
    电场控制下,微流体的流控特性主要体现为动电效应。动电效应最早在1809年由Reuss在对多孔黏土的实验研究中观察到。1879年Helmholtz发展了双电层(Electric Double Layer,EDL)理论,将动电输运中的电和流动参数联系起来。Von Smoluchowski分析了双电层厚度比通道尺寸小得多的情形,导出了电渗驱动流动的速度滑移条件。1965年Rice和Whitehead[15]建立了毛细管电泳电渗流的有关方程。1993年Andreev和Lisin[16]建立了一文毛细管电泳的数学模型,并且研究了电渗流模式对分离效率的影响。1999年Cummings等[17]对电渗流进行了实验与理论分析相结合的研究,其中运用了μ-PIV来获得直通道和两条微通道交叉处的速度分布。次年,他们[18]还引入了“理想电渗(ideal electroosmosis)”概念,将双电层外的流场在特定的外场边界条件下简化为有势流动。同时,Herr[19]等测量了具有非均匀表面电荷分布的圆柱毛细管中电渗流的速度和扩散率。
    计算机技术的发展还为理论研究提供了更加便利的平台。1998年Patankar和Hu[20]采用德拜-休克尔线性化,对通过两条通道的交汇实现微流体注入进行了数值模拟。2000年Griffiths等[21]模拟出了夹流和门式进样操作中通道内的电场强度分布。L. M. Fu等[22]研究表明流道壁上ζ电势的突变对两平行板间电渗流的速度和压力有很大的影响。Zheng Z[23]等研究了一文情况下多种价位离子种类对离子输送的影响。
我国科研工作者在这方面也做了很多工作,取得了一定的成果。中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室[24]对微尺度流动特性进行了研究;Jinku Wang等[25]应用格子-Boltzmann法研究了电渗和压力驱动流;王瑞金[26]应用有限体积法对不同结构参数和不同雷诺数下微通道中流体的扩散和混合进行了数值模拟。总的来说,国内的研究水平还与国外有着较大的差距,需要更多的研究人员投入到这一领域中来 微流控分析芯片的研究发展现状综述:http://www.751com.cn/yanjiu/lunwen_6120.html
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